Odpad při Výrobě Bioplynu: Komplexní Přehled

Bioplynová stanice je zařízení, ve kterém se pomocí bakterií zpracovává biomasa. Ta se v reaktoru zahřeje a bakterie ji bez přístupu vzduchu začnou rozkládat. Výsledkem procesu je bioplyn a digestát. Bioplyn se dá dále využít na výrobu tepla a energie nebo jako palivo. Vstupní surovinou mohou být jakékoliv organické materiály. Ideální je, pokud se použijí ty, které by se nedaly využít jinak - bioodpady z gastronomických provozů a domácností, čistírenské kaly či výkaly zvířat nebo zbytková biomasa ze zemědělské výroby.

Bioplyn je směs plynů vznikající při mikrobiálním rozkladu organické hmoty v nepřítomnosti kyslíku. Jde o nejznámější produkt tohoto rozkladu. Anaerobní mikroorganismy, podílející se rozhodující měrou na výše zmíněném rozkladu, patří mezi nejstarší živé organismy na Zemi. Se vzrůstající koncentrací kyslíku v atmosféře se mikroorganismy lokalizovaly do prostředí bez kyslíku, které jim umožňovalo přežívat. V dnešní době je tak v přírodě nacházíme v bažinách (bahenní plyn), termitištích, rýžových polích, v zažívacím traktu živočichů (intestinální fermentace) a podobně.

Anaerobní (bez přístupu vzduchu) metanová fermentace organických materiálů - metanizace - je souborem procesů při nichž směsná kultura mikroorganismů postupně rozkládá biologicky rozložitelnou organickou hmotu. Produkt jedné skupiny mikroorganismů se stává substrátem - zdrojem pro skupinu následující. Hlavní předností anaerobní fermentace je tak transformace a zušlechťování organických látek, včetně odpadních do energeticky bohatého bioplynu. Cílem řízení procesu anaerobní fermentace je zabezpečení kontinuální optimalizace průběhu vlastní fermentace s cílem vyrovnané a maximální možné produkce bioplynu s co možná nejvyšší koncentrací metanu, která je však primárně daná složením zpracovávaného substrátu.

Vstupní Suroviny pro Bioplynové Stanice

Vstupní surovinou mohou být jakékoliv organické materiály. Ideální je, pokud se použijí ty, které by se nedaly využít jinak - bioodpady z gastronomických provozů a domácností, čistírenské kaly či výkaly zvířat nebo zbytková biomasa ze zemědělské výroby.

Největší podíl odpadů vznikajících při živočišné výrobě představují exkrementy hospodářských zvířat. Nejstarší a technicky nejjednodušší formou nakládáni s těmito “odpady” je jejich přímá aplikace na půdu. V případě správného agrotechnického postupu, kdy jde o maximální využití hnojivých účinků jde bezesporu o způsob, který má své opodstatnění.

Čtěte také: Hospodářství s odpady v Holešově

Kejda a slamnatý hnůj obsahují 70 - 85% organických látek v sušině. V provozních podmínkách lze metanizací rozložit největší podíl organických látek u trusu drůbeže (asi 65 %) a u exkrementů prasat (asi 50 %). U kejdy skotu je to kolem 25 - 40 %.

Řízená anaerobní fermentace organické hmoty, proces využívaný v bioplynových stanicích, umožňuje při zachování hnojivých účinků vstupní suroviny, využít část energie vázané v organické hmotě ( odpadu ) k produkci bioplynu (s obsahem 50 až 75% metanu), využitelného k výrobě tepelné a elektrické energie.

Environmentální výhody zahrnují:

• Zvýšenou využitelnost živin.
• Snížení zápachu.
• Kofermentací kejdy s jinými organickými odpady se dosáhne brilantní recyklace odpadů.

Ekologický aspekt zahrnuje i sanitární efekt stabilizace a účinné využití takto zpracovaných odpadů ke hnojení.

Pokles emisí skleníkových plynů v průběhu sladování a aplikace.

Čtěte také: Dětské papírové pleny: složení a likvidace

Technologie Bioplynových Stanic

Základním prvkem BPS je reaktor (fermentor, vyhnívací nádrž). V praxi to nejčastěji bývá betonová nebo kovová nádoba válcovitého tvaru, vybavená míchacím zařízením, ohřevem suspenze a zařízením na kontinuální odběr bioplynu. Objem reaktorů se pohybuje od několika desítek do několika tisíc m3 (až 6000 m3 ).

Horizontální průtočný reaktor (Darmstadt systém) je ocelová nebo plastová, tepelně izolovaná válcová nádrž v průměru zpravidla dva až tři metry, délky dle potřebné kapacity reaktoru. Nádrž je uložena na podstavcích tak, aby její sklon byl 3 až 5 %. Promíchávání obsahu reaktoru a pohyb směsi směrem k druhému níže položenému konci, je zabezpečen lopatkami umístěnými na hřídeli procházející horizontální osou reaktoru. Rychlost míchání je pomalá, jedna až tři otáčky za minutu. Vznikající bioplyn se hromadí v horní části reaktoru, odkud je odváděn do plynojemu. Ve spodní části, v nejnižším bodě reaktoru, je jeden nebo více odkalovacích ventilů. Vytápění je řešeno rozvodem trubek uvnitř reaktoru. Běžné je i umístění ve dvojité stěně reaktoru, nebo je vytápění integrováno s mícháním, umístěním v duté hřídeli míchadla.

Daleko rozšířenější jsou vertikální reaktory. K zabezpečení plynotěsnosti stačí kvalitní betonová konstrukce nádrže a střechy, případně doplněná plynotěsnou fólií. K tepelné izolaci se používají běžné izolační materiály jako je polystyrén, nebo skelná vata. V některých případech jsou celé nádrže, nebo jejích část umístěny pod úrovní terénu. Nádrže jsou vyráběny sériově, což se projevuje v nižší ceně za jednotku objemu. Nejčastěji používané objemy se pohybují v rozmezí 250 až 3000 m3.

Vzhledem k vysoké provozní spolehlivosti se k uskladnění bioplynu téměř výlučně používají jedno- nebo dvoumembránové nízkotlaké plynojemy. Plynojem je v mnoha případech součástí reaktoru jako zastřešení.

Centralizované Bioplynové Stanice

Centralizované bioplynové stanice v zemědělství narozdíl od malých bioplynových stanic zpracovávají odpad z několika samostatných zemědělských farem. Z důvodu srovnatelnosti co do množství zpracovaného odpadu, technologie zpracování, postfermentační úpravy, využití bioplynu atd. je vhodné k centralizovaným stanicím řadit i bioplynové stanice vybudované při velkochovech hospodářských zvířat ve státech střední a východní Evropy.

Čtěte také: Zdravotnický odpad a jeho definice

Výraznou roli tam sehrává stát svojí skutečně environmentální politikou. Stát poskytuje dotace na výstavbu nových stanic, dotuje ceny energií získaných z obnovitelných zdrojů a zatěžuje tzv. ekologickou daní fosilní paliva (topné oleje, uhlí). Na základě dánských zkušeností se již další státy začínají intenzivněji zabývat anaerobní stabilizací zemědělských odpadů v centralizovaných bioplynových stanicích.

Jako příklad lze uvést centralizovanou bioplynovou stanici ve Studsgaardu, kde zpracovávají kejdu a chlévskou mrvu z okolních farem, organické odpady z potravinářského průmyslu a organickou frakci tuhého domovního odpadu. Při anaerobní stabilizaci jsou tyto odpady konvertovány (ročně) na:

• 4,2 milionu m3 bioplynu
• 129 000 tun kapalného hnojiva pro zemědělství
• 1000 tun tuhého anaerobního zbytku pro skládky
• 700 tun spalitelného odpadu

Bioplyn je prodáván městu Herning vlastnící kogenerační jednotku na bioplyn a zemní plyn. Z bioplynu se tak vyprodukuje ročně 10 500 MWh elektrické energie, prodávané do sítě a 13 500 MWh tepelné energie je dodáváno do sítě centrálního vytápění.

Složení Bioplynu a Jeho Využití

Složení produkovaného bioplynu závisí v první řadě na druhu rozkládaného substrátu a dále na parametrech vlastní fermentace (doby zdržení substrátu ve fermentoru, teplotě atd.). V případě dobře vedené fermentace tvoří obsah metanu vždy přes 50 % objemových obsahu bioplynu. Na obsahu metanu závisí výhřevnost bioplynu. Druhou významnou složkou je oxid uhličitý. Ostatní plynné součástí - minoritní složky tvoří maximálně několik objemových procent.

Bioplyn, resp. metan v něm obsažený je z hlediska ekonomického nejdůležitějším výstupem anaerobní fermentace v bioplynových stanicích. Vysoký obsah metanu a tím i vysoká výhřevnost (14 až 27 MJ/m3) řadí bioplyn mezi ušlechtilé zdroje energie. Bioplyn se z reaktorů odvádí do nízkotlakého plynojemu (objemu na asi 0,5 denní produkci bioplynu) a odtud se rozvádí k dalšímu využití.

Možnosti využití bioplynu:

• Spalování - technicky nejjednodušší způsob využití bioplynu.
• Výroba elektrické energie a tepla - technicky a investičně náročnější způsob. Výhodou je, že takto vyráběná elektřina je vykupována za dotované ceny. K výrobě elektrické energie je možno použít tzv. kogenerační jednotky (zatím nejpoužívanější), turbíny, mikroturbíny, palivové články.
• Úprava bioplynu na kvalitu zemního plynu - znamená odstranění oxidu uhličitého, sulfanu, a dalších příměsí a nečistot. Takto upravený bioplyn je teoreticky následně možné dodávat do sítí zemního plynu resp. čerpacích stanic na pohon motorových vozidel.

Ekonomické Aspekty Bioplynových Stanic

Relativně vysoké investiční náklady znamenají prakticky jedinou nevýhodu bioplynových stanic. Vzhledem k tomu, že pro příjem bioplynové stanice využívající bioplyn k výrobě elektrické energie a tepla je z hlediska příjmů absolutně nejdůležitější prodej vyrobené elektrické energie, se běžně udávají investiční náklady na jednotku instalovaného elektrického výkonu kogenerace. U stanic s výkonem kolem 100 kW je cena kolem 4200 eur u stanic kolem jednoho MW 2 500 až 3000 eur na kW instalovaného elektrického výkonu.

Provozní náklady jsou poměrně nízké a představují kolem 5 % investičních nákladů. Moderní bioplynové stanice vybavené měřící a regulační technikou vyžadují kolem 3 až 5 hodin práce jednoho člověka denně.

Pro výpočet příjmu z prodeje elektrické energie je rozhodující účinnost kogenerační jednotky. U dnešní soustrojí se běžně pohybuje v rozmezí 35 až 40 % z dodané energie v bioplynu. Tepelná účinnost (voda teplá 90 oC) je v rozmezí 45 až 55 %. Provoz kogenerace se počítá pro 8000 až 8300 motohodin ročně.

Legislativa a Podpora Bioplynových Stanic

Z hlediska rozvoje bioplynových stanic i všech obnovitelných zdrojů energie má klíčovou pozici Zákon o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie č. Dalším důležitým dokumentem jsou cenová rozhodnutí Energetického regulačního úřadu (www.eru.cz), kde se každoročně stanovují výkupní ceny elektrické energie z obnovitelných zdrojů.

Bezpečnost a Provoz Bioplynových Stanic

I při výstavbě jednoduché bioplynové stanice, je nutné si uvědomit, že její součástí jsou vyhrazená zařízení. Vztahuje se na ní v plném rozsahu ČSN 756415 Plynové hospodářství ČOV a doprovodné plynařské normy (ČSN 386405, 20, 25) se zvýšenými požadavky na bezpečnostní opatření a kvalitu obsluhy.

tags: #odpad #pri #vyrobe #bioplynu

Oblíbené příspěvky:

• Dobrodružství Šmoulů s Matkou Přírodou
• Chovejte se v přírodě ohleduplně
• Inspirace v knihách o recyklaci
• Odpadkové koše pro domov
• Více o CIF čističi odpadu (1kg)